石灰石粉对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性的影响及其机理

用天然石灰石粉等质量取代水泥20%和30%,将制备的水泥净浆和砂浆试件常温浸泡在0.35mol/LNa2SO4溶液中,测量试件的线长度和抗折强度随浸泡时间的变化。结果表明:石灰石粉对水泥基材料的抗硫酸盐性有严重的影响,它们使水泥基材料在硫酸盐环境中的强度急剧下降并导致水泥基材料产生较大体积膨胀,引起开裂。掺石灰石粉的水泥基材料主要因形成大量较大尺寸的石膏晶体而膨胀开裂。石膏的形成导致硫酸盐侵蚀水泥基材料产生膨胀开裂。因此,在硫酸盐侵蚀环境下,不宜采用含石灰石粉的复合水泥或将石灰石粉作为矿物掺合料制备的混凝土。

硫酸盐侵蚀下硬化水泥浆体微结构演变及膨胀过程的数值模拟

根据硫酸盐侵蚀机理,利用改进的CEMHYD3D水化模型和随机概率方法,建立了硫酸盐侵蚀下硬化水泥浆体的微结构演变模型。在微观层次上,模拟了浆体孔溶液中硫酸根离子的自由扩散、随机碰撞和转化反应,分析了膨胀性侵蚀产物生长导致的微结构损伤和体积膨胀,计算了侵蚀过程中石膏和钙矾石的生成量及浆体的膨胀应变,并与已有试验结果对比分析验证了模型的合理性。在此基础上,数值模拟了硫酸盐侵蚀下不同水灰比水泥浆体的微结构演变及膨胀过程。结果表明:同一硫酸盐浓度下,硬化水泥浆体中氢氧化钙和含铝物相与孔隙的接触面积越小,浆体的膨胀应变越低;水灰比为0.25、0.30和0.35的硬化水泥浆体的孔隙填充程度分别达到9.09%、9.27%和9.41%时,浆体膨胀应变开始快速增大;硫酸盐侵蚀溶液浓度增大,浆体体积快速膨胀的时间提前。

硫酸盐侵蚀下石膏的形成及破坏机制研究现状

硫酸盐侵蚀是影响水泥基材料耐久性的重要因素,它不仅会缩短材料的服役寿命,甚至可能危及结构安全。在硫酸盐侵蚀过程中,钙矾石、石膏和碳硫硅钙石等侵蚀产物不断形成,从而导致材料出现膨胀、开裂、软化和剥落等不同形式的破坏。由于不同侵蚀产物的形成条件和对水泥基材料的侵蚀机理存在明显差异,而侵蚀机理是工程实践中指导预防硫酸盐侵蚀的重要依据,因此探明不同侵蚀产物的形成及稳定条件以及各侵蚀产物对材料的作用机理成为该研究课题的主要内容。从现有研究来看,钙矾石型硫酸盐侵蚀是目前研究最为成熟的一种硫酸盐侵蚀。钙矾石是在高碱性硫酸盐溶液条件下形成的主要侵蚀产物,并且当其在狭小封闭的孔洞中生长时会导致材料发生膨胀、开裂破坏,相应的膨胀机理有吸水肿胀理论、结晶压理论和固相反应理论等。另外,在钙矾石型硫酸盐侵蚀的预防方面,发现通过控制水泥中铝酸三钙含量可有效减小因钙矾石形成而造成的膨胀危害。近年来,世界各地的研究者竞相报道了碳硫硅钙石的形成对混凝土结构造成严重破坏的工程实例,这使得碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀也逐渐受到重视。目前普遍认为碳硫硅钙石的形成主要导致材料出现泥化和分解现象,但其形成条件较为复杂,只在一些特殊环境下才有可能发生。石膏是水泥基材料在硫酸盐侵蚀下形成的另一种较为常见的腐蚀产物,它的形成同样影响着水泥基材料的耐久性能。研究发现,硫酸盐溶液浓度越高,越利于形成石膏,但后来发现溶液pH值对石膏的形成及稳定影响更为显著,同时溶液温度、离子种类以及腐蚀制度等对石膏的形成也有一定影响。由于石膏的化学组成相对简单且不含铝相,因此采用普通抗硫酸盐侵蚀方法并不能有效抑制石膏的形成及破坏。石膏的形成往往伴随着水化产物的溶解脱钙,从而导致材料出现软化和剥落现象,但在石膏的膨胀问题上仍存在较大争议。本文综述了硫酸盐侵蚀下水泥混凝土中石膏形成的影响因素,总结了石膏的生长位置及其引起的脱钙作用,最后对石膏的膨胀作用进行了相关探讨。

混凝土外部硫酸盐侵蚀破坏的研究

硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素之一。对于混凝土硫酸盐侵蚀问题的研究具有重要的意义。主要研究了外界环境中硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏,从物理硫酸盐侵蚀和化学硫酸盐侵蚀两方面论述了混凝土外部硫酸盐侵蚀的类型及破坏特征,并对外部硫酸盐侵蚀过程中石膏的形成作为膨胀源进行了讨论。

硫酸盐侵蚀水泥改良路基段上拱研究

首先对某高速铁路无砟轨道路基上拱问题进行了资料调研,通过现场变形监测、填料取样试验、矿物成分分析等手段,明确了硫酸盐侵蚀水泥改良填料膨胀是引起路基上拱主要原因,然后结合化学反应机理和室内模拟试验,对发生此类膨胀变形的反应条件、膨胀变形特征进行了分析。研究结果表明,膨胀变形主要发生在路基水泥改良填料层位,该土层具有大量硫酸盐侵蚀水泥产物钙矾石和硅灰石膏发育的特征,路基上拱与硫酸盐侵蚀水泥改良土形成钙矾石和硅灰石膏晶体相关;水泥改良填料中相对潮湿的高PH值碱性环境和石膏等硫酸盐矿物的存在是发生此类膨胀变形的必要条件;硫酸盐侵蚀水泥改良填料将发生持续性膨胀变形,上拱持续时间可达数年,破坏性强。本文研究成果可供类似环境下路基工程的建设及相关研究借鉴。

养护温度及方式对含石膏白云岩骨料成型的砂浆试件膨胀率的影响

试验研究了不同养护温度和养护方式对含石膏白云岩骨料成型的砂浆试件膨胀率的影响,并应用XRD分析测试方法,分析砂浆试件内部硫酸盐侵蚀产物,揭示砂浆试件膨胀的原因。

微膨胀型防腐剂对水泥混凝土耐久性的影响

研究了微膨胀型防腐剂对水泥混凝土力学性能与耐久性能的影响,其中微膨胀型防腐剂由防腐组分(KS)、微膨胀组分(FQY)、活性矿物掺合料组成。结果表明,随着微膨胀型防腐剂中FQY掺量的增加,砂浆与混凝土的抗压强度先提高后降低。当m(防腐组分)∶m(矿粉)∶m(粉煤灰)∶m(微膨胀组分)=2∶3∶2∶3时,砂浆的抗压强度与空白组相比显著提高,7 d与28 d砂浆抗压强度比分别为110%、113%;掺微膨胀型防腐剂的混凝土28 d氯离子迁移系数为1.57×10-12 m2/s,达到RCM-Ⅳ等级,且混凝土的抗渗等级不降低;经过150次硫酸盐干湿循环,混凝土抗压强度耐蚀系数为101%,试块质量无损失,具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能。

某铁路隧道石膏岩工程地质特性及对策措施研究

芒康山隧道地层中含石膏岩,其主要成分为硬石膏。硬石膏的膨胀性及侵蚀性,可导致隧道底鼓、围岩侵限、结构破坏等,影响混凝土结构耐久性;硬石膏遇水软化,导致原有支护体系应力改变,引起隧道底部失稳下沉,隧道顶部松动垮塌,边墙开裂,破坏衬砌结构,影响结构安全性。针对此问题,本文研究了硬石膏在芒康山隧道的分布特征,分析可能对隧道建设产生的危害,并为施工提供处置措施及建议。

白云岩层中硬石膏岩对隧道结构危害机制研究

以杭兰公路宜巴段白云岩层中不规则发育的硬石膏岩为研究对象,采用X-衍射试验、离子色谱分析、环境扫描电镜及能谱分析等试验手段,定量研究硬石膏岩对隧道结构的危害。研究结果表明,硬石膏岩对隧道结构的危害主要表现在其水化膨胀作用、溶蚀产生的硫酸盐侵蚀及其溶出的酸性环境对白云岩溶蚀的加剧作用。在此基础上,结合区域工程地质条件,提出硬石膏岩及其与白云岩耦合溶蚀作用下的隧道混凝土防护结构劣化机制。给出以降低地下水水位及提高混凝土性能为主的类似工程治理建议。

含石膏质岩集料的混凝土内部硫酸盐侵蚀及抑制措施

集料中掺杂过量的硫酸盐尤其是石膏会引起混凝土内部硫酸盐侵蚀膨胀,破坏混凝土结构。研究了集料中掺杂石膏的含量、粒径对砂浆试件强度和膨胀率的影响,探讨了水泥C3A含量、矿物掺合料品种对含石膏质岩集料混凝土内部硫酸盐侵蚀的抑制效果。结果表明:随着集料中掺杂石膏质岩细粉含量的增大,内部硫酸盐侵蚀反应的速率和程度增大,当掺杂SO3含量超过1.25%时,12个月龄期的砂浆膨胀率超过0.1%并出现较大的强度损失;掺杂石膏质岩粒径越小,砂浆的膨胀率和强度损失一般越大,特别是当掺杂石膏质岩粒度小于1.18mm后将引起显著的膨胀,而当粒径大于4.75mm后,由于石膏质岩集料在混凝土中分散的不均性而产生不均匀体积膨胀,从而导致侵蚀应力集中,即使较低的SO3含量掺杂石膏质岩也有可能产生较大的强度损失。采用抗硫酸盐硅酸盐水泥及掺加适量的粉煤灰、硅灰或偏高岭土等矿物掺合料,可以有效抑制含石膏质岩集料混凝土的内部硫酸盐侵蚀膨胀。

含石膏质岩集料混凝土内部硫酸盐侵蚀因素的研究

含石膏质岩集料会引起混凝土内部硫酸盐侵蚀。通过膨胀率和强度测试,研究了水泥C3A含量、水泥碱含量、矿物掺合料、水胶比及养护温度对混凝土抗内部硫酸盐侵蚀的影响。结果表明,C3A含量较低(≤5%)时,不会导致含石膏质岩集料混凝土产生有害膨胀,当水泥中的C3A含量偏高(8%)时,加剧了混凝土膨胀破坏;降低水泥的碱含量,掺入8%的硅灰、15%的偏高岭土以及20%粉煤灰均能提高混凝土抗内部硫酸盐侵蚀性能,而掺入30%矿渣粉对石膏质岩集料引起的内部硫酸盐侵蚀起了促进作用;水胶比的提高延缓了混凝土的早期膨胀,养护温度的提高增加了混凝土内部硫酸盐侵蚀速率。

十字垭隧道病害原因分析及治理

结合十字垭隧道工程实例,介绍石膏硫酸盐等的膨胀性侵蚀对工程的危害,病害原因分析,病害结论。重点介绍侵蚀的症状表现,石膏及硫酸盐侵蚀的形成机理;针对本工程而采取的治理方案,以及对今后设计、施工的借鉴意义。